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Schöner fernsehen - Wie funktioniert eigentlich die 200-Hz-Technik?

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Nachdem die 100-Hz-Technik die Bewegtbildwiedergabe in Flachbildfernsehern sichtbar verbessern konnte, soll es nun mit 200 Hz noch schärfer werden. Einige Hersteller verfolgen hierbei die schon für 100-Hz-Geräte genutzte Zwischenbildberechnung, andere bringen ihre Displays zusätzlich mit einem blinkenden Hintergrundlicht auf Trab.

Es gibt derzeit zwei Varianten von 200-Hz-Fernsehern. Bei der einen werden je drei synthetische Bilder an das Original bild eines 50-Hz-Eingangssignals (Video) gehängt beziehungsweise bei 24p-Material (Kinofilme) sieben berechnete Bilder zwischen zwei Originalbilder gefügt: Statt 50 Bilder pro Sekunde werden dann 200 Bilder angezeigt, an Stelle von 24 Bildern sind es 192 Bilder pro Sekunde. Die Vorgehensweise entspricht prinzipiell dem bisher üblichen Verfahren bei 100-Hz-Displays, nur dass hier doppelt so viele Bilder eingefügt werden müssen. Diese 200-Hz-Technik wird beispielsweise von Philips, Samsung und Sony eingesetzt.

In den berechneten Zwischenbildern müssen die Objekte möglichst exakt an der Position liegen, an der sie sich aufgrund der bis dahin vergangenen Zeit in einer Sequenz mit unendlich vielen Bildern pro Sekunde befinden würden. Bei einem fliegenden Fußball wäre dies zum Beispiel irgendwo entlang der Flugkurve zwischen dem Fuß des Schützen und dem Auftreffen des Balls im Spielfeld. Das "irgendwo" hängt dabei von der zeitlichen Position des synthetischen Bildes innerhalb der Originalbilder ab.

Hintergrund der Berechnungen: Unser Sehapparat extrapoliert automatisch die Position bewegter Objekte anhand ihrer Bewegungsspur und erwartet deshalb, dass die Objekte in aufeinanderfolgenden Bildsequenzen an genau diesen Stellen erscheinen. Wenn nun zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bildern bei der Aufnahme mehr Zeit vergangen ist als später bei der Wiedergabe, nehmen wir die dann unpassende Positionierung als Sprung beziehungsweise Ruckeln wahr. Zeitlich korrekt eingefügte Bilder bügeln solche Sprünge aus. Die Wiedergabe von Kameraschwenks oder schnell bewegten Objekten wird deshalb mit Zwischenbildern super glatt und ruckelfrei.

Es stellt sich allerdings auch ein etwas irritierendes Phänomen ein, das wir "Soap-Effekt" getauft haben: Da die synthetischen Zwischenbilder in erster Linie anhand der größten Bildänderungen berechnet werden und diese Änderungen im Bildvordergrund am stärksten auftreten, erfolgt durch die Zwischenbildberechnung eine sichtbare Trennung von Bildvorder- und -hintergrund. Die berechneten Sequenzen erinnern dann an Daily Soaps wie GZSZ oder Marienhof, die üblicherweise in Innenräumen, also vor einer statischen – unbewegten – Kulisse aufgenommen werden. Die meisten 100-Hz- und 200-Hz-TVs erlauben es heute, die synthetischen Bilder zeitlich mehr oder weniger genau zwischen die Originalbilder zu positionieren. So kann der Anwender selbst über den Kompromiss zwischen Ruckeln und Soap-Effekt entscheiden.

Schwarz geschaltet

In einem zweiten Ansatz wird die Zwischenbildberechnung mit einem blinkenden Hintergrundlicht kombiniert. Dieses Verfahren will LG in seinen brandneuen 200-Hz-Fernsehern anwenden und es dürfte auch bei Toshiba-TVs zum Einsatz kommen. LG benutzt ein aktuelles 100-Hz-Panel, bei dem wie gehabt ein Bild (Video) beziehungsweise drei Zwischenbilder (Film) pro Originalbild eingefügt werden. Zusätzlich wird nun zwischen allen Einzelbildern jeweils einmal das Hintergrundlicht abgeschaltet und auf diese Weise ein schwarzes Bild eingefügt. Aus dieser Bild-Blink-Sequenz ergeben sich wiederum vier (1 + 1 + 2, Video) beziehungsweise acht (1 + 3 + 4, Film) Einzelbilder und somit eine Frequenzvervielfachung auf 200 Hz (Video) beziehungsweise 192 Hz (Film).

Die Blinktechnik von LG ist im Grunde eine abgewandelte Form der Blendentechnik im analogen Kino. Dort dreht an der Projektionslinse in Laufrichtung des Films ein Rad mit zwei bis drei Flügelblenden, zerteilt den Lichtstrahl und erzeugt so aus 24 Filmbildern pro Sekunde 48 oder 72 Einzelbilder (wobei je zwei bzw. drei aufeinanderfolgende Bilder identisch sind). Hierdurch wird das Bildflimmern beseitigt, das der Mensch bei einer Wiedergabefrequenz von weniger als 50 Hz unweigerlich wahrnehmen würde. Allerdings stellt sich im Kino durch die mehrfache Wiederholung desselben Bildes und der dann folgenden sprunghaften Anzeige des nächsten Bildes bei Kamerafahrten beziehungsweise Bildschwenks ein unübersehbares Ruckeln ein, weil das Auge bewegte Objekte im Film wegen des schnelleren Blinkens an einer anderen Position erwartet, als sie dann beim Wechsel zum folgenden Filmbild auf der Leinwand erscheinen. Durch die bei LG zunächst eingesetzte Zwischenbildberechnung von 24 auf 98 Bilder (Film) beziehungsweise von 50 auf 100 Einzelbilder (Video) wird der zeitliche Abstand zwischen den dargestellten Einzelbildern kleiner und so die Kamerafahrt geglättet.

Licht und Schatten

Ein Vorzug des blinkenden Backlight: Man nähert sich der Impulsdarstellung eines Röhrenfernsehers, bei der jeder Bildpunkt nur ganz kurz aufleuchtet. Flüssigkristallschirme besitzen die sogenannte Erhaltungsdarstellung. Bei ihr bleibt jeder Bildpunkt so lange auf dem Schirm stehen, bis ein neuer Wert in die Pixelmatrix geschrieben wird. Da unser Auge Objektbewegungen auf dem Schirm unwillkürlich folgt, entsteht durch das konstant leuchtende Pixel eine Art Leuchtspur auf der Netzhaut des Auges. Der Rand des bewegten Objekts wird dadurch verwischt statt scharf abgebildet (sogenanntes Motion Blur). Wenn nun die Bildpunkte nicht während der gesamten Anzeigeperiode leuchten, sondern zwischendurch schwarz geschaltet werden, wird die Leuchtspur kürzer und damit die Verwischbreite der bewegten Objektränder schmaler.

Zusätzlich kann die zwischenzeitliche Schwarzeinblendung den Schaltvorgang respektive den Helligkeitswechsel zwischen den Einzelbildern verdecken. Bei LCDs ist dieser anders als beim Röhrengerät kein sprunghafter Übergang, sondern durch die vergleichsweise langsame Reaktionszeit des Flüssigkristalls ein eher fließender Wechsel. Auch er verursacht bei schnellen Kameraschwenks oder schnellen Bewegungen im Bild leichte Kantenunschärfen in der Darstellung. Durch die Schwarzschaltung des Backlight kann diese Unschärfe weitgehend beseitigt werden.

Die relevanten Schaltzeiten des LCD sind dann weitgehend identisch und recht kurz, wenn die Anstiegs- und Abfallflanken der Helligkeitswechsel durch die schwarzen Zwischenbilder verdeckt werden. Für diese 200-Hz-Technik genügt zudem theoretisch im Videobetrieb ein Panel mit fünf Millisekunden Grauschaltzeit. Um sämtliche Übergänge sauber darstellen zu können, sollte jeder Schaltvorgang allerdings höchstens drei Millisekunden dauern, denn erst dann bleibt mit vier Millisekunden ausreichend Zeit zum Beleuchten des Pixels.

Weiterer Vorteil der Blinkerei: Der notwendige Aufwand für die Berechnung der Zwischenbilder sinkt auf das Niveau der 100-Hz-Fernseher. Und den haben die Hersteller inzwischen weitgehend im Griff. Zusätzlich muss das Blinken der Hintergrundbeleuchtung mit der Bildwiederholfrequenz in Einklang gebracht werden und es müssen entsprechende Beleuchtungskörper eingesetzt werden. In Frage kommen hier HCFLs (Hot Cathode Fluorescence Lamp) und kleine LEDs (Leuchtdioden).

Im Trend liegt die sogenannte TruMotion-200-Hz-Technik auch dank ihres geringeren Strombedarfs: Da das Hintergrundlicht im LCD nicht ständig leuchtet, sondern regelmäßig jeden zweiten Frame ausgeschaltet wird, sinkt die Leistungsaufnahme des Fernsehers theoretisch auf die Hälfte des Wertes ohne blinkendes Backlight. Realistisch dürfte die Blinkerei etwa 20 Prozent Leistung einsparen.

Wenn das Panel für den Helligkeitswechsel etwas länger benötigt und sämtliche Schaltvorgänge komplett verdeckt werden sollen, erreicht der Schirm insgesamt weniger als 50 Prozent der Grundhelligkeit. Diese geringere Leuchtkraft muss LG durch ein helleres Backlight ausgleichen, damit der 200-Hz-Fernseher ebenso strahlt wie seine 100-Hz-Kollegen.

Noch flinker

Panel-Hersteller LG Displays präsentierte kürzlich sogar ein LCD mit "Trumotion 480 Hz", also eines, das in jeder Sekunde 480 Bilder anzeigen kann. Auch hier soll das Backlight blinken und so schwarze Zwischenbilder einfügen. Grundlage ist hier allerdings ein 240-Hz-Panel, das die höhere Bildwiederholfrequenz durch synthetische Zwischenbilder erzielt. Wenn das Hintergrundlicht dann wiederum zwischen den 240 Bildern ausgeschaltet wird, erhält man 480 Einzelbilder – die Hälfte davon mit schwarzem Inhalt. Offenbar sinkt die resultierende Schirmhelligkeit hier allerdings auf ein derart geringes Niveau, dass LG dem Weißbild des Displays eine Farbtemperatur von 10 000 Kelvin verpassen musste. Durch die höhere Farbtemperatur wurde dem Auge schon bei Röhrendisplays eine größere Helligkeit vorgegaukelt: Der menschliche Sehapparat nimmt blaustichige Bilder (hohe Farbtemperatur) bei gleicher Leuchtdichte heller wahr als rot stichige (niedrige Farbtemperatur). Film- und Videosequenzen werden jedoch üblicherweise mit einer Farbtemperatur von 6500 Kelvin aufgezeichnet und sollten deshalb auch so wiedergegeben werden. (Ulrike Kuhlmann) / (gs)

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